上海交大流体力学课件-序论.ppt

流体力学研究内容 按研究对象分类 水动力学，空气动力学，电磁流体力学，生物流体力学，化学流体力学，地球流体力学，高温气体动力学，高速水动力学，稀薄气体动力学，非牛顿流体力学，爆炸力学，流变学，多相流体力学，微流体力学等等。 按流体作用力分类 流体静力学 流体运动学 流体动力学 按力学模型分类 理想流体动力学 粘性流体动力学 不可压缩流体动力学 可压缩流体动力学 非牛顿流体力学 流体力学中研究最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定律和质量、动量和能量三大守恒定律，常常还要用到热力学知识(燃烧，传热问题)，有时还用到宏观电动力学的基本定律(磁流体)、本构方程(非牛顿流体，粘弹性流体)和物理学(分子动力学，等离子体)、化学(多相流体)的基础知识。 流体力学研究内容 钱学森? 　钱学森（1911－2009）浙江省杭州市人， 他在火箭、导弹、航天器的总体、动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制和科技管理等领域的丰富知识，为中国火箭导弹和航天事业的创建与发展作出了杰出的贡献。 周培源（ 1902－1993) 1902年8月28日出生，江苏宜兴人。理论学家、流体力学家主要从事物理学的基础理论中难度最大的两个方面即爱因斯坦广义相对论引力论和流体力学中的湍流理论的研究与教学并取得出色成果。 吴仲华（Wu Zhonghua） 在1952年发表的《在轴流式、 径流式和混流式亚声速和超声速叶轮机械中的三元流普遍理论》和在1975年发表的《使用非正交曲线坐标的叶轮机械三元流动的基本方程及其解法》两篇论文中所建立的叶轮机械三元流理论，至今仍是国内外许多优良叶轮机械设计计算的主要依据。 流体力学的研究方法有： 1. 现场观测 2. 实验室模拟 3. 理论分析 4. 数值计算 流体力学研究方法 以现场或实验观察入手，发现物理现象，建立数学模型，分析求解，揭示物理机理和规律，指导实际应用。 物理观察 数学建模 求解 验证 物理机理 设计应用 物理 (现象) 数学 物理－数学－物理 物理 (机理) Kelvin水波 Kelvin水波 Kelvin水波 Kelvin水波 Kelvin水波 Kelvin水波 Burgers涡 Burgers涡 Burgers涡 点源与点涡的叠加 ? Burgers涡(螺旋流) Burgers涡 层流与湍流 层流与湍流 层流与湍流 当玻璃管中流速较小时，可看到颜色水在玻璃管中呈明显的直线形状且很稳定，这说明此时整个管中的水都是作平行于轴向流动，流体质点没有横向运动，不互相混杂，为层流状态。 将阀逐渐开大，颜色水开始抖动，直线形状破坏，为过渡状态。 当阀门开大到一定程度，颜色水不再保持完整形态，而是杂乱无章、瞬息变化的状态。这说明此时管中流体质点有剧烈的互相混杂，质点运动速度不仅在轴向而且在纵向均有不规则的脉动现象，此为湍流状态。 如果此时将阀门关小，紊乱现象逐渐减轻，管中流速降低到一定程度时，颜色水又恢复直线形状出现层流。 层流与湍流 卡门涡街(von Kármán vortex street)： 卡门涡街是流体力学中重要的现象,在自然界中常可遇到，在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。 卡门涡街 卡 门（T.von Kármán，1881-1963）在1911-1912年连续发表的论文中，提出了分析带旋涡尾流及其所产生的阻力的理论，人们称这种尾涡的排列为卡门涡街。在1930年的论文中，提出了计算紊流粗糙管阻力系数的理论公式。嗣后，在紊流边界层理论、超声速空气动力学、火箭及喷气技术等方面都有不少贡献。 卡门涡街 孤立波(solitary wave)： 在1834年8月，John Scott? Russel正在苏格兰的运河中以高速马拉船做实验，发现船首出现了长约10m，高约0.3～0.5m，速度约13～14km／h的孤立波。他追踪了约2～3km，这个波形还保持完好，没有消失。然后，他在水槽做试验，当在直水槽的一端推一下水体就会有一个孤立的波向前传播。 1895年，D.J. Korteweg